(57)【要約】【課題】動圧軸受のスリーブ等の円筒内面に形状精度の良いＶ溝等を切削加工する。【解決手段】スリーブＷ１  はスピンドル１によって回転し、軸方向（Ｘ方向）に挿入されるバイト４によって円筒内面にＶ溝を加工する。切り込みアクチュエータ７による軸方向の振動を変換機構５によってバイト４の径方向の振動に変換し、この径方向の振動とＸ方向微動アクチュエータ９による軸方向の振動によって各バイト４を擬似回転させながら、バイト４の切削方向をＸ方向粗動アクチュエータ１２とスピンドル１による送り方向に合わせてＶ溝を切削する。【選択図】      図１
2005007560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の被加工物内で、切削工具を軸方向および径方向にそれぞれ振動させることによって擬似回転させながら、前記被加工物の円筒内面に対して前記切削工具を相対移動させて前記円筒内面を切削加工する工程を有することを特徴とする円筒内面加工方法。
【請求項２】
被加工物が動圧軸受のスリーブであり、前記スリーブの円筒内面に動圧発生溝を切削加工することを特徴とする請求項１記載の円筒内面加工方法。
【請求項３】
円筒状の被加工物を切削するための切削工具と、前記切削工具を軸方向へ振動させるための第１の微動アクチュエータと、前記切削工具を径方向へ振動させるための第２の微動アクチュエータと、前記切削工具を前記被加工物に対して軸方向に相対移動させるための粗動アクチュエータと、前記被加工物を回転させるための回転駆動装置とを有し、前記第１および前記第２の微動アクチュエータによって前記切削工具を擬似回転させながら前記被加工物の円筒内面を切削加工することを特徴とする加工装置。
【請求項４】
第１の微動アクチュエータが軸方向への伸縮によって切削工具を振動させる第１の電歪素子または磁歪素子を有し、第２の微動アクチュエータが、軸方向へ伸縮する第２の電歪素子または磁歪素子と、前記第２の電歪素子または磁歪素子の軸方向への伸縮を前記切削工具の径方向への振動に変換するための変換機構を有することを特徴とする請求項３記載の加工装置。
【請求項５】
複数の切削工具が周方向に等間隔で配設されており、第２の微動アクチュエータによって同時に径方向に振動するように構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の精密機器に用いられる高精度な動圧軸受の軸受スリーブ等の円筒内面の加工に適した円筒内面加工方法および加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ねじポンプ作用によって軸受隙間の流体に動圧を発生させる動圧軸受は、互いに回転自在に嵌合する軸受シャフトとスリーブのうちの少なくとも一方にヘリングボーン溝等のら旋状の動圧発生溝を必要とする。従来、このような動圧発生溝を軸受シャフトやスリーブに加工する方法としてはエッチングによる溝加工が一般的であった。ところがエッチング処理はエッチング液の濃度や性能劣化等によって加工精度が大きく左右されるうえに、全体的に工程数が多くて加工に必要な時間も長く従って生産性が低い。
【０００３】
このために近年では、スリーブの円筒内面にボールを押しつけて塑性加工により動圧発生溝を形成する方法が広く用いられるようになっている。これは、図８に示すように、スリーブである被加工物Ｗ０  を加工台１０１上のワークホルダ１０２に固定し、ワークＷ０  より硬質のボール１３１を工具軸１０３の外周面のボール保持孔に保持させ、ボール１３１を被加工物Ｗ０  の円筒内面に押しつけて表面層を塑性加工し、ボール１３１の形状を転写しながら工具軸１０３を回転させこれと同時に軸方向の送りを行うものであり、回転速度と軸方向の送り速度を変化させることで様々な形状のら旋溝を形成することができる。一般的に軸受シャフトやスリーブ等の被加工物の材質は黄銅（ビッカース硬度１５０程度）等の銅系の材料であり、溝加工のためのボールには比較的安価な玉軸受用硬球（ビッカース硬度７００〜９００）等が用いられている（特開平８−２６７１２９号公報参照）。
【０００４】
また、バイトを用いた切削加工により、スリーブ内面に動圧発生溝を形成する方法が提案されている。この方法は、図９に示すように、スリーブであるワークＷ０  をスピンドル２０１上のチャック２０１ａに保持させ、スピンドル２０１の回転に同期してステージ２０２上のサブステージ２０３に保持されたバイト２３１をＹ方向に切り込み、かつ、ワークＷ０  の中心軸と平行なＸ方向にバイト２３１を送っていくことにより溝加工するものであり、バイト２３１の切り込みは、サブステージ２０３上の圧電素子２３２による径方向の微振動をバイト２３１に与えることにより行っている（特開平１０−７６４１１号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術によれば、塑性加工による前者の溝加工方法では、ボールの摩耗や傷により所定の精度を得るのが難しく、また、スリーブの薄肉化により溝加工中にスリーブが座屈したり、塑性加工による加工面の脇に盛り上がり変形等を生じるおそれがあり、スリーブ材料が銅系の材料に限定される。
【０００６】
後者の切削加工による溝加工では、ら旋溝の断面を圧電素子の径方向の微振動で形成するため、断面形状が綺麗でなく、特に三角形状や矩形形状の溝を加工するには、形状精度の点で問題があった。また、バイトのシャンクが細いため、バイトがビビリ振動の影響を受けたり、切削抵抗の変動により切り込み量が変化することで、加工精度が劣化する傾向があった。
【０００７】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、動圧軸受の動圧発生溝等を極めて高い形状精度で効率よく切削加工することのできる円筒内面加工方法および加工装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の円筒内面加工方法は、円筒状の被加工物内で、切削工具を軸方向および径方向にそれぞれ振動させることによって擬似回転させながら、前記被加工物の円筒内面に対して前記切削工具を相対移動させて前記円筒内面を切削加工する工程を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の加工装置は、円筒状の被加工物を切削するための切削工具と、前記切削工具を軸方向へ振動させるための第１の微動アクチュエータと、前記切削工具を径方向へ振動させるための第２の微動アクチュエータと、前記切削工具を前記被加工物に対して軸方向に相対移動させるための粗動アクチュエータと、前記被加工物を回転させるための回転駆動装置とを有し、前記第１および前記第２の微動アクチュエータによって前記切削工具を擬似回転させながら前記被加工物の円筒内面を切削加工することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
２つの微動アクチュエータによって擬似回転する切削工具の円筒内面への切削方向を、粗動アクチュエータや回転駆動装置による送り方向と一致させて、Ｖ形状等の溝を切削加工することで、直線性の良い高精度な加工面や断面形状を有する動圧発生溝等を形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は一実施の形態による加工装置を示すもので、被加工物である動圧軸受のスリーブＷ１  の円筒内面に動圧発生用の溝を切削加工する。スリーブＷ１  は回転駆動装置であるスピンドル１上のチャック２に保持され、スピンドル１によってＸ軸まわりに回転する。スピンドル１は、Ｚステージ３に保持されており、Ｚ方向の位置合わせを行うことが可能である。
【００１３】
切削工具であるバイト４は、スリーブＷ１  の内部で、軸方向の振動を径方向の振動に変換するための変換機構５を有するバイトホルダ６に保持される。変換機構５は、第２の微動アクチュエータである切り込みアクチュエータ７に連結され、後述するように、切り込みアクチュエータ７による軸方向（Ｘ方向）の振動を径方向の振動に変える働きをする。
【００１４】
バイトホルダ６と一体であるＸ方向微動ステージ８は、スリーブＷ１  の軸方向に高速駆動される第１の微動アクチュエータであるＸ方向微動アクチュエータ９によってＸ方向に振動する。
【００１５】
Ｘ方向微動ステージ８はガイド１０を介してＸ方向粗動ステージ１１に支持され、Ｘ方向粗動ステージ１１はＸ方向粗動アクチュエータ１２によってＸ方向すなわち軸方向の送りを行う。
【００１６】
Ｘ方向粗動ステージ１１はガイド１３によってＹ方向粗動ステージ１４上に支持され、Ｙ方向粗動ステージ１４はＹ方向粗動アクチュエータ１５によってＹ方向の位置合わせを行う。Ｙ方向粗動ステージ１４はガイド１６を介して図示しないベースに支持される。このように、バイト微動機構（５〜９）はＸ方向粗動ステージ１１上でバイト４を後述するように擬似回転させることで切削駆動し、バイト４のＹ方向の位置合わせをＹ粗動部で行い、軸方向と回転方向の送り（相対移動）をＸ粗動部とスピンドル１によって行う。
【００１７】
なお、切り込みアクチュエータ７とＸ方向微動アクチュエータ９には電歪素子または磁歪素子を用いる。また、ガイド１０には平行板ばねを用いている。
【００１８】
図２は、径方向の振動のための変換機構５を説明するもので、（ａ）に示すように、周方向に等間隔で配設された４個のバイト４をそれぞれ保持するバイトシャンク５ａと、バイトホルダ６と一体であるガイド５ｂを有し、ガイド５ｂは弾性ガイドであり、その中心穴に、切り込みアクチュエータ７による軸方向の振動を伝えるロッド５ｃを嵌挿する。ロッド５ｃの先端部はクサビ形状５ｄを有し、バイトシャンク５ａの内周部に当接されている。
【００１９】
図２の（ｂ）に示す状態から、切り込みアクチュエータ７がＸ方向（軸方向）に伸縮する動きを行い、同図の（ｃ）に示すように、切り込みアクチュエータ７が伸びたとき、すなわちロッド５ｃがＸ方向に移動することにより、ロッド５ｃの先端のクサビ形状５ｄによってバイトシャンク５ａが矢印Ｒで示すように径方向へ移動し、ガイド５ｂが変形する。これによって、各バイト４が同時に径方向に振動し、スリーブＷ１  の円筒内面に切り込むことができる。
【００２０】
図３は切り込みアクチュエータ７、Ｘ方向微動アクチュエータ９、Ｘ方向粗動アクチュエータ１２の駆動波形を説明するものである。図３の縦軸は切り込みアクチュエータ７への指令値、Ｘ方向微動アクチュエータ９への指令値、Ｘ方向粗動アクチュエータ１２への指令値を表わし、横軸は時間である。縦軸は、各アクチュエータの指令値に対する変位量の倍率により絶対値は変化する。各指令値を図３のグラフで示すよう制御することで、各バイト４の刃先は、サイクルタイムＴごとに図４に示す楕円軌道Ｂ１  に沿って擬似回転する。
【００２１】
図５に示すように、スリーブＷ１  の円筒内面Ｃ１  に４本の動圧発生溝であるＶ溝Ｓ１  を加工する場合について説明する。なお、スリーブＷ１  はリセス溝Ｄ１  を有し、Ｖ溝Ｓ１  の加工後に軸受シャフトＡ１  を挿入する。まず、Ｙ、Ｚステージ１４、３でスリーブＷ１  の中心と４つのバイト４の中心が一致するように位置合わせする。スピンドル１を回転させ、切り込みアクチュエータ７、Ｘ方向微動アクチュエータ９、Ｘ方向粗動アクチュエータ１２を図３に示す指令値で駆動する。図３のサイクルタイムＴをスリーブＷ１  が１周する時間＋α（αはＸ粗動の移動速度とスリーブの回転数から溝がＶ形状になるための時間ずれ量）にすることにより、Ｖ字形状の溝を加工することができる。Ｘ方向粗動アクチュエータ１２によるＸ粗動の移動速度の能力により、１周に一回加工する場合、数周に一回加工する場合、１／２周、１／４周に一回加工するなどが、指令値のサイクルタイムＴを調整することにより可能である。
【００２２】
各バイト４は、その先端が図４に示す軌道Ｂ１  上を移動し、切り込みアクチュエータ７とＸ方向微動アクチュエータ９の指令波形の位相を制御（調整）することにより、バイト先端を様々な擬似円軌道に沿って回転運動をさせることができる。
【００２３】
図６は上記の方法で加工したＶ溝Ｓ１  を拡大して示すために、スリーブＷ１  の円筒内面を展開した図である。各Ｖ溝Ｓ１  は、バイト４が切削運動を１回行ってできる切り込み部Ｅ１  を連続して形成することでＶ形状に加工される。図６の（ａ）に示すように、バイト４がＸ方向微動アクチュエータ９を用いた円運動によって切削方向を送り方向と一致させた切削駆動を行う場合は、１つの切り込み形状をＶ溝Ｓ１  のＶ形状に合わせることが可能であり、直線性の良好なＶ形状の溝を加工することができる。これによって、加工面が平滑で溝断面の形状精度が高く、均一な溝を得ることができる。
【００２４】
参考のために、Ｘ方向微動アクチュエータ９をＯＦＦにして軸方向の振動が無い状態で、径方向のみの振動で切削を行った場合を図６の（ｂ）に示す。切り込み部Ｅ２  をＶ溝Ｓ２  のＶ形状に合わせることができないため、形状精度の高い溝を得ることができない。
【００２５】
図７は、図３に示す２つの微動アクチュエータ７、９の指令波形を変化させた場合の切削軌跡Ｂ１  、Ｂ２  を示すもので、同図の（ａ）は図３の駆動波形と同じであり、バイト４は（ｃ）に示す切削軌道Ｂ１  に沿って擬似回転する。図７の（ｂ）に示す駆動波形を用いると、（ｄ）に示すように、一番切り込んでいる位置（図の下側）の軌道を長くして、Ｖ形状に沿った長い切削面を得ることができる。これにより、一度に加工する距離が伸びるため、加工時間を短縮することが可能である。
【００２６】
また、三角形状や矩形形状の断面形状の溝を加工する場合は、バイトの先端形状を三角形や矩形にすることで、シャープで均一な断面形状の三角形状や矩形形状の溝を得ることができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、バイトホルダの軸部に複数のバイトを周方向に等間隔で保持して円筒内面に切り込む溝加工を行うものであるため、複数のバイトの切削抵抗が相殺され、軸部のビビリ振動等による加工精度の劣化を回避できるという特筆すべき利点がある。
【００２８】
例えば、小さな内周を加工する場合は、バイトホルダの軸部が被削材であるスリーブの円筒内面に干渉しないように細くするため、バイトの保持剛性が小さくなり、ビビリ振動や切削抵抗の変動によるバイト位置の変化により、加工面の粗さが悪くなったりする傾向があるが、上記のように複数のバイトを周方向に均一に配設して加工することにより、切削抵抗を打ち消すことができ、高精度な加工面を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３０】
円筒内面の切削加工を行うに際して、ビビリ振動、切削抵抗の変動の影響を受けず、直線性の良いＶ溝等を高精度な加工面に仕上げることができる。これによって、動圧軸受の動圧発生溝等を高精度に切削加工することが可能になり、動圧軸受の軸受性能の向上や軸受材料の選択肢の拡大等に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による加工装置を説明する図である。
【図２】図１の装置のバイト駆動部の変換機構を説明するもので、（ａ）はその端面を示す立面図、（ｂ）および（ｃ）は変換機構による径方向の振動を説明する図である。
【図３】バイトを切削駆動するアクチュエータの駆動波形を示す図である。
【図４】バイトの切削運動を説明する図である。
【図５】溝加工されるスリーブのＶ溝を説明する図である。
【図６】Ｖ溝の切り込み形状を示すもので、（ａ）は擬似回転するバイトで切削した場合の切り込み形状を示す図、（ｂ）は径方向のみに振動するバイトを用いた場合の切り込み形状を示す図である。
【図７】アクチュエータの駆動波形を変化させてバイトの切削軌道を変える方法を説明する図である。
【図８】一従来例による溝加工を説明する図である。
【図９】別の従来例による溝加工を説明する図である。
【符号の説明】
１    スピンドル
２    チャック
３    Ｚステージ
４    バイト
５    変換機構
５ａ    バイトシャンク
５ｂ、１０、１３、１６    ガイド
５ｃ    ロッド
５ｄ    クサビ形状
６    バイトホルダ
７    切り込みアクチュエータ
８    Ｘ方向微動ステージ
９    Ｘ方向微動アクチュエータ
１１    Ｘ方向粗動ステージ
１２    Ｘ方向粗動アクチュエータ
１４    Ｙ方向粗動ステージ
１５    Ｙ方向粗動アクチュエータ
【図１】
2005007560.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005007560.tif 000009
【図８】
2005007560.tif 000010
【図９】
2005007560.tif 000011